微机原理与接口技术课程设计报告书-DAC0832三角波仿真.doc

微微机机原原理理与与接接口口技技术术 课程设计报告书课程设计报告书 题题 目目: dac0832 三角波仿真 姓姓 名：名： 学学 号：号： 班班 级：级： 计算机科学与技术（3）班 指导教师：指导教师： 设计时间：设计时间： 2011 年 3 月 7 月 西北民族大学数学与计算机学院 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 2 页 共 16 页 2 目 录 1.引言引言3 2. 方案设计方案设计.3 3.硬件设计硬件设计4 4.软件编程软件编程8 5.系统仿真调试系统仿真调试12 6.总结总结14 7.参考文献参考文献15 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 3 页 共 16 页 3 1. 引言引言 波形发生器是一种常用的信号源，广泛的应用于电子电路、自动控制系统 和教学实验等领域，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、 生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源。由 它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他 仪器观察。测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生 器是电子测量领域中最基本、应用最为广泛的一类电子仪器。它可以产生多种 波形信号，如锯齿波、三角波、梯形波等，因而广泛应用于通信、雷达、导航、 宇航等领域。 本次课程设计使用的 at89c51 单片机构成的发生器可产生三角波，波形的 周期可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简 单、结构紧凑、性能优越等特点。此设计给出了源代码，通过仿真测试，其性 能指标达到了设计要求。 关键词：at89c51 单片机 信号发生器 仿真 2. 方案设计方案设计 设计了如下三种设计方案： 方案一： 采用单片机函数发生器（如 8038） ，8038 可同时产生正弦波、方波等。 此方法简单易行，用 d/a 转换器的输出来改变调制电压，可以实现数控调整频 率，但产生信号的频率稳定度不高。 方案二： 采用锁相式合成器，利用锁相环，将压控制振荡器的输出频率锁定在所需 频率上，该方案性能良好，但电路复杂。 方案三： 采用单片机编程的方法实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形 的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的转 换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的较 高。 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 4 页 共 16 页 4 鉴于以上分析，我们决定采用方案三的设计方法。 2.1 原理说明 dac0832 的输出是电流型的，在微型计算机系统中，通常需要电压信号， 电流信号与电压信号之间的转换可有运算放大器 lm324 实现。 u3b 带通滤波器可用于一般选频放大。 2.2 原理框图 3. 硬件设计硬件设计 3.1 系统元件组成 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 5 页 共 16 页 5 3.2 芯片介绍 3.2.1 at89c51 at89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperom falsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能 cmos8 位微处理器，俗称单片机。 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 6 页 共 16 页 6 各引脚功能说明： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流。当 p1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部程序 数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 fiash 编程时， p0 口作为原码输入口，当 fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外部必须被拉高。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接收 输出 4ttl 门电流。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 flash 编程和校验时，p1 口作为第八位地址接收。 p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输 出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高， 且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外 部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时， 它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口 输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八 位地址信号和控制信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 7 页 共 16 页 7 作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于 上拉的缘故。 3.2.2 dac0832 dac0832 是 8 分辨率的 d/a 转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个 da 芯片以其价格低廉、接口简单、转 换控制容易等优点，在单片机应用系 统中得到广泛的应用。 d/a 转换器由 8 位输入锁存器、8 位 dac 寄存器、8 位 d/a 转换电路及转换控制电路构成。 各引脚功能说明： d0d7：8 位数据输入线，ttl 电平，有效时间应大于 90ns(否则锁存器的 数据会出错)； ile：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； cs：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效； wr1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由 ile、cs、wr1 的逻辑组合产生 le1，当 le1 为高电平时，数据锁存器 状态随输入数据线变换， le1 的负跳变时将输入数据锁存； xfer：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效； 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 8 页 共 16 页 8 wr2：dac 寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。由 wr2、xfer 的逻辑组合产生 le2，当 le2 为高电平时，dac 寄存器的输 出随寄存器的输入而变化， le2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入 dac 寄存器并开始 d/a 转换。 iout1：电流输出端 1，其值随 dac 寄存器的内容线性变化； iout2：电流输出端 2，其值与 iout1 值之和为一常数； rfb：反馈信号输入线，改变 rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度； vcc：电源输入端，vcc 的范围为+5v+15v； vref：基准电压输入线， vref 的范围为-10v+10v； agnd：模拟信号地 dgnd：数字信号地 3.2.3 lm324 lm324 是四运放集成电路，它采用 14 脚双列直插塑料封装（引脚排列 图如图1），它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器（如图2），除电源 共用外，四组运放相互独立。 每一组运算放大器用图 2 所示的符号来表示，其中各引脚的功能： v+ ：为正电源端； v- ：为负电源端； vo ：为输出端； vi-（-）：为反相输入端，表示运放输出端 vo 的信号与该输入端的相位相反； vi+（+）：为同相输入端，表示运放输出端 vo 的信号与该输入端的相位相同。 （图 1）（图 2） 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 9 页 共 16 页 9 lm324 四运放的应用 1、反相交流放大器 此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。电路无 需调试。放大器采用单电源供电，由 r1、r2 组成 1/2v+偏置，c1 是消振电容。 电路见附图。 软放大器电压放大倍数 av 仅由外接电阻 ri、rf 决定：av=-rf/ri。负号 表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值，av=-10。此电路输入电 阻为 ri。一般情况下先取 ri 与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在 选定 rf。co 和 ci 为耦合电容。 2、交流信号三分配放大器 此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、 分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放 ai 输入电阻高，运放 a1-a4 均 把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时 rf=0 的情况，故各放大器电压放大倍数均为 1，与分立元件组成的射极跟随器 作用相同。 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 10 页 共 16 页 10 r1、r2 组成 1/2v+偏置，静态时 a1 输出端电压为 1/2v+，故运放 a2- a4 输出端亦为 1/2v+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形有 源带通滤波器，许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以 选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号 幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率，在中心频率 fo 处的电压增益 ao=b3/2b1，品质因数，带宽 b=1/（*r3*c） 也可根据设计确定的 q、fo、ao 值，去求出带通滤波器的各元件参数值。 r1=q/（2foaoc），r2=q/（2q2-ao）*2foc）， r3=2q/（2foc）。上式中，当 fo=1khz 时，c 取 0.01uf。此电路亦可用于 一般的选频放大。 此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在 1/2v+并将电阻 r2 下端接到运放正输入端既可。 4. 软件编程软件编程 4.1 流程图 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 11 页 共 16 页 11 开始 初始化 dptr 置计数初值为 0 等于 ffh 加 1减 1 等于 0 是否 是 否 4.2 源程序代码 利用 dac0832 产生三角波，以线性增长的电压控制一个电子束的移动，程 序如下： org 0000h ajmp main org 0030h main: mov dptr,#7fffh ；置 dac0832 入口地址 mov a,#00h ；置初值 loop1: movx dptr,a ；送数字电压值 inc a ；加 1 nop cjne a,#0ffh,loop1 ；不等于 ffh 转回去，生成三角波从低到高的这 部分，否向下减 1 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 12 页 共 16 页 12 loop2: dec a movx dptr,a ；送数字电压值 cjne a,#00h,loop2 ；不等于 00h 转回去，生成三角波从高到低的 这部分，否者向下 inc a ；为了不让第二个周期产生于前一个周期的 00h 的数字电压重复 nop ajmp loop1 ；必须加 1 后在返回到 loop1 end 4.3 程序说明 本程序中产生的电压的最大幅度受 dac0832 的基准电压限制。产生的的三 角波周期受累加器 a 的控制，可以通过改变每次加的数值来改变周期，但连续 性绘变差，也可以改变延时时间来实现。 占用单元:a,dptr org 是 origin 的缩写：起始地址。在汇编语言源程序的开始通常都用一条 org 伪指令来实现规定程序的起始地址。如果不用 org 规定则汇编得到的目 标程序将从 0000h 开始。 通常写作：dptr(data pointer)，数据指针 dptr 是 89c51 中一个功能比较特 殊的寄存器。其高位字节寄存器用 dph 表示，低位字节寄存器用 dpl 表示， dptr 既可以作为一个 16 位的寄存器来使用，也可以作为两个独立的 8 位寄存 器来使用。主要功能是存放 16 位地址，作为片外 ram 寻址用的地址寄存器 （间接寻址） ，故称数据指针。 访问片外数据存储器的指令为： movx a,dptr 读 movx dptr,a 写 cjne 是比较转移指令，该指令通过比较前面两个操作数的大小，如果它 们的值不相等则转移，相等则继续执行。指令执行后要影响进位位 cy，若操 作数 1 小于操作数 2，则 cy1；若操作数 1 大于操作数则 cy=0； 一个 nop 为 1 个指令周期，主要用于精确定时或者延时。 数学与计算机学院 接口设计报告书 grade：08 级第 13 页 共 16 页 13 5. 系统仿真调试系统仿真调试 5.1 调试过程 我们使用 proteus 来验证设计的电路是否满足设计的要求 proteus 软件是英国 labcenter electronics 公司出版的 eda 工具软件（该软件 中国总代理为广州风标电子技术有限公